自噬与肿瘤放射治疗的关系及研究进展

来源:用户上传      作者: 曾荣华　崔德威

　　【摘要】 自噬现象普遍存在于真核细胞中，它是细胞对于外界环境的一种适应性反应。自噬与凋亡同为机体重要的程序性死亡方式，两者之间有着紧密的关系。自噬在肿瘤的发生发展中起到了促进和抑制的双重作用。放射疗法是许多肿瘤综合治疗的有效方法之一，然而有些肿瘤对放射治疗逐渐产生抵抗性，通过调节自噬的水平来改变肿瘤细胞对放射治疗敏感性为提高肿瘤放疗疗效提供了新方向。
　　【关键词】 自噬； 肿瘤； 放射治疗； 研究进展
　　细胞死亡方式主要分为坏死和程序性死亡两种，而目前研究者又将后者分为细胞凋亡和自噬性细胞死亡。细胞的自噬及自噬与肿瘤的关系引起了普遍的关注，有关肿瘤放射治疗与自噬关系的研究也正在广泛开展，但对于自噬在不同肿瘤及其发生、发展的不同阶段的作用，特别是在肿瘤放疗中的具体作用，各研究机构结论不一。因此笔者将进一步讨论自噬与肿瘤发生发展及放疗关系的进展，对肿瘤放疗过程中的自噬的应用做一综述。
　　1 自噬概述
　　1.1 自噬 自噬（autophagy）是指细胞利用溶酶体的酶系统降解其双层膜包裹的需降解物，从而为细胞本身的生物合成和代谢更新提供所需能量的过程。大量文献说明，细胞自噬作用广泛存在于真核细胞中[1]，它是细胞对内外环境变化的一种基本调节方式。自噬性细胞死亡作为另一种程序性细胞死亡方式，与凋亡一起参与了维持细胞稳定状态，及疾病的发展变化过程。一般情况下，自噬作用在一个基础水平上对细胞的自我稳态起到一定的维持作用，但当环境变化使自噬不受控制时可引起细胞代谢循环受阻出现自噬性死亡。
　　1.2 自噬的生理功能 自噬是正常细胞对于内外环境变化的一种应激反应方式，对细胞的生长发育、分化及新陈代谢发挥着很重要的作用。归纳大体分如下几点：（1）持续基础水平的自噬作用可对细胞内大分子物质和损伤的细胞器等进行降解清除，一定程度上维持细胞的自我稳态。（2）营养缺乏等代谢环境下，细胞通过自我消化后合成的氨基酸和脂肪酸等可提供细胞所需的ATP。（3）参与细胞的分化、发育和亚细胞水平上的重构，能调节内质网大小，调控过氧化物体，长寿命蛋白及线粒体的合成更新[2]。（4）剧烈、持续的内外环境变化可诱导细胞发生自噬性死亡[3]。
　　1.3 自噬的调节 自噬的整个过程均受基因调控。起初，以酵母为研究模型，已发现多种自噬相关基因，统称为Atg，其编码的自噬相关蛋白调控着自噬过程的发生[4]。目前的研究表明，mTOR，P53，Beclin 1等基因对自噬的调控过程起着主要作用[5-7]。提高mTOR1的水平时自噬的活性降低，Beclin1，P53基因对自噬具有上调作用，Beclin1蛋白与Ⅲ型PI3K，UVRAG相互结合形成多蛋白复合体后发挥诱导自噬的作用，同时，Beclin1通过与bcl-2相互作用也影响细胞的凋亡水平[8]。此外，自噬的调控受多种信号途径的影响。研究证实，mTOR信号通路是主要的调控途径之一，雷帕霉素是mTOR的一个重要的抑制剂，它已被证实可以诱发自噬。Kiyono等[9]发现TGF-β具有上调自噬的作用。另外，PKA、酪氨酸激酶受体、酪蛋白激酶Ⅱ、MAP激酶等也与自噬的调控有者复杂关系，但机制尚不明确[10]。
　　2 自噬与凋亡
　　自噬与凋亡同为机体重要的程序性死亡方式，两者间有着紧密的联系。研究表明至少在一些例子中自噬和凋亡是存在交联的。但两者之间的相互作用目前还未能得出一个普遍适用的规律。归纳自噬与凋亡之间的关系大体可分为如下3种：（1）自噬对凋亡有拮抗作用，对细胞起保护作用。此时，抑制自噬能够促进细胞凋亡的发生。宋乐乐等[11]通过用3-甲基腺嘌呤抑制人鼻咽癌细胞的自噬，增强了顺铂、电离辐射等内质网应激因素诱导的细胞凋亡，自噬在辐射诱导的凋亡中起保护细胞的作用。（2）自噬协助凋亡的发生，此情况下阻断自噬通路后凋亡就受到明显抑制，使用自噬抑制剂，如3-甲基腺嘌呤能使细胞死亡得到抑制。而抑制后期的凋亡通路，细胞则出现自噬性死亡方式。（3）自噬和凋亡共同诱导细胞死亡，两条途径可同时或分别出现，无论抑制两者中任一条途径，细胞均进入另一种细胞死亡形式。Kanzawa等[12]用三氧化二砷的作用于胶质瘤细胞后，细胞主要表现为自噬性死亡方式，而改用自噬抑制剂后细胞的凋亡率明显升高。Kim等[13]研究也发现用基因干扰方式抑制凋亡后提高了细胞自噬的发生。
　　总之，目前自噬与凋亡之间具体的相互作用及转换机制还不太明确，有待后续实验进一步揭开其潜在的机制。
　　3 自噬与肿瘤的发生、发展
　　自噬是正常细胞生长代谢的一种反应调节方式，同时在不同肿瘤的发生和发展中具有这较为复杂的作用。
　　3.1 自噬与肿瘤的发生 肿瘤的发生是一个多因素调控的复杂过程，目前研究表明，在肿瘤发生的不同阶段中自噬具有促进和抑制的双刃剑作用。如肿瘤形成的早期阶段，自噬的缺陷可能是导致某些肿瘤的发生的一个因素。Qu等[14]研究表明，Beclin-1杂合突变的小鼠，更易患乳腺癌、肺癌、肝细胞等病变。在中晚期阶段。肿瘤细胞通过自噬克服营养不足等不利于其分裂增殖的不利因素为肿瘤的发生提供了有利条件。Amaravadi等[15]发现用自噬抑制剂氯喹调节鼠淋巴瘤细胞的自噬表达后，提高了DNA烷化剂等对肿瘤细胞的敏感性，肿瘤生长受到的明显抑制。
　　3.2 自噬与肿瘤的发展 一方面，自噬对肿瘤发展有促进作用。在肿瘤发展中晚期阶段，细胞通过自噬作用可降解胞内细胞器和大分子物质等成分，为细胞尤其是血管欠丰富的一些实体肿瘤细胞提供所需的ATP，维持其继续存活，从而促进肿瘤的发展。研究证实，许多实体肿瘤在晚期阶段自噬明显被激活[16]。另一方面，自噬有抑制肿瘤发展作用，自噬可以通过诱导凋亡而促进细胞死亡，也可因自噬不受控而引起自噬性细胞死亡。有研究发现自噬诱导剂他莫昔芬提高人乳腺癌细胞自噬作用后促进其自噬性死亡[15]。同时，细胞自噬能力衰减时也有可能是促进肿瘤发展的一个因素。 　　但是尽管各方面都有证据支持，目前有关自噬在不同肿瘤形成的不同阶段的具体作用尚无直接的证据，有待进一步研究。
　　4 自噬与放射治疗
　　如前所述在不同肿瘤发展的不同时期自噬具有双重的作用，因此，合理的调节自噬可能会对肿瘤的防治起到一定的效果，放射疗法是许多肿瘤综合治疗的有效方法之一，然而有些肿瘤对放射治疗逐渐产生抵抗性。鉴于很多文献如Kondo等[17]报道放疗能明显诱导细胞自噬现象的产生，结合自噬与肿瘤关系密切，这引起了学者们利用自噬机制联合放疗来治疗肿瘤的新思路。
　　4.1 放射对肿瘤自噬的影响 研究报道各种类型的恶性胶质瘤细胞受电离辐射作用后，自噬作用是对辐射刺激的主要反应，而非凋亡。Amaravadi等[18]在细胞和动物水平实验中都得到了电离辐射导致细胞自噬性死亡的结果。有研究发现，许多肿瘤细胞经电离辐射作用后，破坏了细胞的自我更新能力，细胞的有丝分裂被阻段，刺激细胞过度自噬而导致其发生自噬性死亡[19]。目前，很多研究探讨肿瘤的放疗中诱导的自噬究竟是对细胞起保护作用还是增加其细胞毒性，但结论不一。Liang B等[20]对人卵巢癌细胞及其多重耐药细胞株的研究中发现放射诱导的自噬对细胞起保护作用，用3-甲基腺嘌呤抑制自噬增强了放射对肿瘤细胞的杀伤效果，因此可以通过抑制自噬提高肿瘤细胞的放化疗敏感性。Kim等[13]研究表明对 bak/bak（-/-）的乳腺癌、肺癌细胞进行照射，发现自噬性死亡前体蛋白复合物表达升高，辐射诱导了Beclin1基因的表达，而使用自噬抑制剂则能降低细胞放射敏感性。由此，对放疗过程中的放射抗性肿瘤细胞可以通过提高自噬来增强放疗敏感性，诱导细胞自噬性死亡。
　　4.2 自噬调节在肿瘤放疗中的作用 由于肿瘤细胞对放射治疗的抗性使某些肿瘤治疗效果不尽如人意，因此研究通过调节自噬水平来影响肿瘤细胞对放射治疗敏感性成为寻求肿瘤辐射治疗疗效的又一新突破。目前，关于如何科学调节自噬水平以达到肿瘤放疗增敏效果，其观点不一。有学者认为通过提高自噬可以增加肿瘤放疗的敏感性。如Kuwahara等[21]对肝癌细胞HepG2的放疗抗性细胞株进行研究，结果表明自噬诱导剂雷帕霉素增强了放疗抗性细胞的辐射敏感性，抑制了肿瘤细胞的增殖；而自噬抑制剂3-甲基腺嘌呤则增强了细胞的放射抗性，同时降低了细胞Beclin1基因的表达。Demasters等[22]研究表明使用维生素D3类似物提高乳腺癌细胞的放射毒性作用，也是通过促进自噬性死亡完成的。与此相反，部分研究者支持抑制自噬作用可对肿瘤的放疗起到增敏效果，如有学者认为抑制自噬提高了神经胶质瘤细胞的放疗毒性作用[23]，而上调自噬则在细胞放疗中起保护作用。有人认为，通过抑制自噬可以促进细胞凋亡，从而提高放疗的细胞毒性，研究表明自噬现象是凋亡的前期反应，自噬可在一定程度上可以减轻细胞凋亡的发生，当自噬调节能力有限时则启动凋亡死亡程序[24]。如Chen等[25]发现和单纯放疗相比，自噬抑制剂3-MA联合放疗明显降低了食管鳞癌细胞的生存率及自噬相关基因Beclin1等的表达，使细胞周期停滞在G2/M期，增加了放疗诱导的凋亡作用。
　　然而，不管自噬是提高肿瘤的放疗抗性，还是对肿瘤细胞起放疗增敏作用，都有可能通过科学调节自噬的水平，或诱导自噬的发生，或抑制自噬，最终达到杀死肿瘤细胞，消除放射抗性的目的，总之，自噬在放射治疗这一领域具有应用到临床的广阔前景。
　　综上所述，自噬作为细胞对于环境变化的适应性反应，在肿瘤的发生发展中具有双重作用。自噬与凋亡两种程序性细胞死亡方式之间存在交联，但两者之间相互作用的具体机制还不完全明确。放射在不同发展阶段，不同类型肿瘤中诱导的自噬对细胞的作用可能明显不同，调节自噬水平，改变肿瘤细胞对放射的敏感性为提高肿瘤放疗疗效提供了新的方向。如何对自噬进行科学调节来增加肿瘤放射敏感性目前各家观念还不一致。相信随着科学的发展、各项实验技术的不断改进， 利用放疗过程中的自噬机制来治疗肿瘤的将会迎来一片新的曙光。
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　　（收稿日期：2013-05-31） （本文编辑：蔡元元）
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